基础知识_01硬件

M.2,PCIE,SATA,NVME,AHCI及区别和联系

关系图

需要注意的是上图中:pcie,sata既是总线,其实也是接口(所以下部的接口图中,其实是少了pcie的,借用别人的图,意思大致理解就行)

M.2,U.2,AIC,Half slim,mSATA,2.5in等这些指的是SSD形态(尺寸),是根据不同的应用场景进行设计。
PCIe,SATA和SAS指的是SSD接口的形态,即数据传输通路,接口不同传输速率不同,即每秒能传输的数据量不同。
NVMe,AHCI是应用于数据传输通路上的协议。其中由于NVMe协议允许多队列,并且队列深度高,可以同时并行在多个数据传输通路上进行数据传输,可以更好地利用PCIe多通道的性能。AHCI只允许单队列,并且队列深度低,一次只能发送一个通道的数据,传输速率低。

简单理解:(物理)接口(M2,U2,AIC)=》总线(PCIe,SATA)=》协议(NVMe,AHCI)
其中pcie和nvme高度相关,SAta和AHCI高度相关,

总线(通道)标准:SATA与PCIe

实际上,SATA与PCIe既可以说是总线(通道)标准,也可以说是接口。
当SATA和PCIe作为总线(通道)标准时,可以理解为它们就是数据走的通道或者“路”,数据是通过这个“通道”传输至固态硬盘存储区或者是PC端的。二者的区别是SATA“窄”/PCIe“宽”,因此使用PCIe的固态硬盘要比SATA固态硬盘数据传输要快得多,目前主流SSD使用的也是PCIe总线(通道)标准。

PCIe和SATA是两种不同的接口标准,二者的本质的区别是通信架构的不同,PCIe属于全双工模式,而SATA是半双工模式。
简单的来说,全双工模式允许数据双向传输,而半双工模式只允许数据单向传输。全双工模式传输的优势就是传输速度快,延迟低。
从系统架构上来说,PCIe比SATA要简单。PCIe SSD硬盘在直接连在CPU上,不过,准确的来说,是CPU的小蜜,Root Complex。CPU作为系统的大脑,事务繁忙,日理万机。RC端帮助CPU处理与设备之间的交互。
PCIE和SATA当然有自己的插槽形硬件接口,但现在都普遍用M.2接口,兼容PCIE和SATA,M.2接口一般金手指结构,金手指一般指内存条的金黄色导电触片。
SATA接口(总线)对接系统接口AHCI(协议)不同,PCIe接口(总线)上层对接的系统接口标准是NVMe(协议)。NVMe与AHCI相比,具有很多的优势。延迟低,最大支持64K队列,命令执行更简单等等。这些优势存在让PCIe是如鱼得水。带NVMe的带领下,PCIe SSD拥有的更快的速度,更低的延迟。

传输协议:NVMe与AHCI

如果说SATA和PCIe是传输数据的“路”,那么NVMe与AHCI就是保证“路”有秩序的交通规则,同样也是固态硬盘性能和速度的保证。关系上传输协议与通道标准是一一对应的,AHCI对应SATA、NVMe对应PCIePCIe通道实际上是可以采用AHCI协议的,但是此类产品市面上几乎没有了)。
AHCI无法很好地为采用高速PCIe通道的SSD提供服务,因此针对PCIe通道设计了NVMe传输协议,专为PCIe的SSD服务。目前NVMe已经升级到1.3、1.4版本,低延迟、高性能。
总结一下,SATA和PCIe是传输数据的“路”,SATA(1.0、2.0、3.0)与PCIe(M.2、U.2、AIC)是物理接口,而NVMe与AHCI则是“交通规则”。

NVMe,AHCI是应用于数据传输通路上的协议。其中由于NVMe协议允许多队列,并且队列深度高,可以同时并行在多个数据传输通路上进行数据传输,可以更好地利用PCIe多通道的性能。AHCI只允许单队列,并且队列深度低,一次只能发送一个通道的数据,传输速率低

参考

M.2 PCIe NVMe三者的关系:https://blog.csdn.net/weixin_46129187/article/details/143429683
小a科普|固态硬盘术语:SATA、PCIe、AIC、U2、M.2、NVMe和AHCI:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1711659897646763096&wfr=spider&for=pc
选购固态硬盘别犯难:一文搞懂 M.2、SATA、PCIe 和 NVMe:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1804753527384413243&wfr=spider&for=pc
PCIe、SATA,M.2,NVMe、AHCI、IDE到底都是 些啥?(于2018.04):https://www.douban.com/note/684877015/?_i=1403373xdAUCBL

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